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爱因斯坦世界线收束理论,菲涅尔效果

时间:2023-05-05 19:26:58 阅读:167981 作者:3132

多径效应

从发射到接收,其中许多延迟不同且损耗不同的传输线可为直射、反射或衍射。 电波多径效应是指当不同路径的相同信号在接收侧重叠时接收信号的能量增减的现象。

时间分散

在无线通信中,电波从发送端到接收端直射,经过反射等很多传播路径,反射路径比直射路径长,所以从发送终端放射的波经过反射路径到达接收端的时间比直射路径长。 从接收方来看,相继接收到来自同一信源的两列波形; 这两列波走的路径不同,传播环境不同,受到的干扰也不同。

时间色散是到达接收机的直接信号与其它多径信号由于空间传输时间差导致的相互干扰的问题。 发送信号被远离接收天线的物体反射可能导致时间色散,可以通过调整工程参数避免时间色散的问题,并且可以通过创新技术识别并避免这种问题。

多普勒效应

多普勒效应是指电波从波源向观察者快速移动时接收频率变高。 在移动通信中,当移动台移动到基站时,接收频率变高; 远离基站,频率会变低。

接收频率随移动站和基站之间的相对速度变化的现象是移动通信中的多普勒效应。

多普勒频偏的大小与终端和基站的相对移动速度v有很大关系; 虽然也取决于电波波长,但当然在一定频率的无线方式中,波长被认为大致一定; 多普勒频偏的大小与连接终端和基站的线与相对运动速度v的方向所成的角入射角也有很大关系。

f=(v/) cos

其中,f为多普勒频率偏移,单位为Hz; v是相对移动速度,单位为m/s; 为波长,单位为m,2 000MHz时为0.15m; 是相对移动速度方向和信号到达方向所成的角。

从式可知,终端和基站相对移动速度越大,频率偏移越大,在高速移动的通信中需要考虑频率偏移。 由于波长越小,频率偏移越大,5G无线方式使用的频率比4G时代高很多,波长也小很多,所以5G时代需要考虑多普勒效应的影响。 当终端和基站相互靠近时,0<; <; 90时,频率偏移为正,接收频率变大; 当终端和基站相互远离时,90<; <; 180,频率偏移为负,接收频率变小入射角越接近90,频率偏移越小,入射角越接近0和180,频率偏移越大。

这要求覆盖高速公路和高铁等移动场景的基站不能离道路太近。 如果太近,夹角会变小,频率偏移会变大。 也不能太远。 太远的话,覆盖面会变弱。 在施工中,基站通常最好距离高速公路和高铁100m左右。

菲涅耳区

电磁波从辐射点到接收点的传播路径有直达波、反射波和衍射波。 在直达波和反射波的传播路径没有大的差异的情况下,反射波的电场方向与直达波正好相反,相位相差180,反射波减弱直达波的信号强度,对传播效果产生破坏作用。

直达波和反射波路径差d为d=2hthr/d

引起相位变化为=4hthr/d

其中,ht是发射端距地面(反射面)的高度; hr是接收端距地面(反射面)的高度,d是从发送机到接收机的水平距离,是电波的波长。

由以上2式可知,直达波和反射波的路径差及由此引起的相位变化与天线的高度、传播距离有关。

天线高度低且距离远时,路径差变小,相位变化也变小,反射波对直达波的影响变大。 从这个观点来看,天线的高度越高越好,传播范围越小越好。 因此,在无线工程中,要求在成本允许、干扰能够抑制的条件下,尽量提高基站的天线。 在自由空间中,从发射点到接收点的电磁能量主要通过第一菲涅耳区传播。 只要第一菲涅耳区域不被阻断,就能得到接近自由空间的传播条件,否则会对电磁波的多径传播产生不良影响,通信质量下降,通信中断。

第一菲涅耳区为主传播区,其半径r为:

其中,dt是从反射点到发射端距离; dr是从反射点到接收端的距离,d是从发射器到接收器的水平距离。

应用:无线电站测量时,应注意覆盖范围内有无大于菲涅耳半径的遮蔽物。 特别是不要屏蔽大招牌、高楼等障碍物。 当遮蔽效应在电波传输路径上被地形不均匀、高低不平的建筑物、高大的树木等障碍物阻挡时,在障碍物的背面会形成电波信号场强较弱的阴影区。 这种现象称为遮蔽效应,与可见光的遮蔽效应相似,但肉眼看不见。 如果终端从电波直接照射的区域移动到某个物体的阴影区域,接收到的无线信号的电场强度的中位数会大幅降低。

要理解阴影效果,请注意以下事项:

(1)不同地物的阴影效应大小不同,密集城区一般比普通城区、农村、郊区阴影效应影响更大。

)2)制定网络规划时,应充分考虑不同无线环境下阴影效应对复盖效应的影响。

急速衰退和缓慢衰退

路径损耗:系统设计取决于发射器与接收器之间的距离阴影-慢衰落:系统设计在50-100个波长的距离内对信号电平的移动台的移动进行平均, 传播路径上地形地物等的变化会引起多径衰落-快衰落:抗衰落技术在几个波长之间的变化幅度可达30dB的阴影衰落:信号电平的局部中值随时间、地点和移动台速度的变化相对缓慢

地形阴影:起伏地形、建筑物、植被(高大林)遮挡、移动台通过阴影区引起的慢衰落气象阴影)大气折射率随时间的变化,会导致信号中值水平的变化。 因为变化很小,所以很多时候可以忽略。

慢衰落的衰落速率与频率无关,但这与快衰落不同,慢衰落的深度取决于信号频率和障碍物的状况。

慢衰落的局部均值

近似服从对数正态分布。
慢衰落产生的原因有:(1)慢衰落的主要原因是路径损耗;(2)阴影效应也可以造成信号电平中值一定幅度的降低。
其标准偏差随地形波动的高度和频率的变化而变化。波动高度越大,工作频率越高,标准偏差增大。且郊区比市区大。
衰落储备:为了防止因衰落而通信中断,在信道设计时留有足够的余量,使中断率满足要求。
多径传播是陆地移动通信的主要特征。近端区域对多径影响大。
移动信道是弥散信道。
当信号带宽大于相关带宽时就会发生频率选择性衰落–相关频率。多普勒效应会导致发送信号在传输过程中,信道特性发生变化,产生所谓的时间选择性衰落—相干时间。空域上波束的角度扩散造成了同一时间、不同地点的信号衰落起伏不一样,即所谓的空间选择性—相干距离。
多径(小尺度)衰落成因:
由同一传输信号沿两个或多个路径传播,以微小的时间差到达接收机的信号相互干涉所引起的。
效应:短距或短时传播后信号强度的急速变化(多径衰落)。不同多径信号上,存在时变的多普勒频移(脉冲展宽)。多径传播时延引起的扩展(脉冲展宽)。多径衰落:可由信号衰落深度、衰落率来描述。
脉冲展宽:直接影响码间串扰。多径效应和多普勒效应可以引起快衰落。
一般快衰落可以细分为:(1)空间选择性衰落:多径效应引起的不同地点、不同传输路径的衰落特性不一样;(2)频率选择性衰落:多普勒频移导致了载波频率的偏移,变化了的频率范围可能超出了接收带宽的范围,从而引起信号失真;(3)时间选择性衰落:多普勒效应或多径效应可以引起不同信号到达接收点的时间不一样,从而引起信号失真。
dB(m,i)与功率(W)换算
dBm,dB,dBi,W之间的关系dBm:dBm是一个表示功率绝对值的单位,计算公式为:10 lg功率值/1mW。例如:如果发射功率为1mW,按dBm单位进行折算后的值应为:10 lg 1mW/1mW = 0dBm;
dB:db,表示一个相对值。
当计算A的功率相比于B大或小多少个dB时,可按公式10lg A/B计算。例如:A功率比B功率大一倍,那么10lg A/B = 10 lg 2 = 3dB,也就是说,A的功率比B的功率大3dB;
如果A的功率为46dBm,B的功率为40dBm,则可以说,A比B大6dB;如果A天线为12dBm,B天线为14dBm,可以说A比B小2dBdBi:dBi和dBd是功率增益的单位,两者都是相对值,但参考基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线;dBd的参考基准为偶极子。一般认为dBi和dBd表示同一个增益,用dBi表示的值比用dBd表示的值要大2.15。(即 dBi=dBd+2.15)
粗略计算
这里将dBm转换为W的口算规律是要先记住“1个基准”和“2个原则”:
“1个基准”: 30dBm=1W
“2个原则”: 基准+ 3dBm,功率乘2倍; 基准-3dBm,功率乘1/2
举例: 33dBm = 30dBm+3dBm= 1Wx2=2W27dBm= 30dBm- 3dBm= 1Wx1/2=0.5W
2) + 10dBm,功率乘10倍;
一10dBm,功率乘1/10
举例: 40dBm= 30dBm+10dBm= 1Wx10=10W20dBm=30dBm- 10dBm= 1Wx0.1=0.1W
以上可以简单的记作: 30是基准,等于1W整,互换不算难,口算可完成。加3乘以2,加10乘以10;减3除以2,减10除以10。

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